[发明专利]一种多孔电极碳材料、其制备方法及应用

说明书

本发明提供一种多孔电极碳材料的制备方法，包括以下步骤：A)将固态多聚甲醛和碱试剂在水中溶解，得到甲醛溶液；B)将间对甲酚、所述甲醛溶液混合后，加入SBA‑15介孔分子筛和碱催化剂，在恒温下培养凝胶，得到湿凝胶；C)将所述湿凝胶浸入聚醚溶液中，进行水置换，干燥后得到干凝胶；D)将所述干凝胶在保护性气氛下碳化，得到多孔电极碳材料。与现有的超临界干燥制备多孔电极碳相比，在解决甲醛长时间存储的前提下，本发明中的制备方法简单、成本低，且能够工业化批量生产。本发明还提供了一种多孔电极碳材料及其应用。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，尤其涉及一种多孔电极碳材料、其制备方法及应用。

背景技术

超级电容器的电极材料主要是由多孔碳材料组成，包括碳纳米管、活性炭、石墨烯、多孔纳米电极碳等。由于多孔纳米电极碳是一种具有连续纳米多孔材料结构的新型碳材料，具有高比表面积、高孔隙率、良好导电性以及孔径可控等性能，受到广泛关注。将间苯二酚和甲醛作为原料，通过溶胶-凝胶及超临界干燥等过程制得具有低密度、低热导率的有机电极碳，经过进一步的高温碳化过程制得了多孔纳米电极碳。这一开创性工作为多孔纳米电极碳材料的发展及应用奠定了基础，掀起了多孔纳米电极碳研究的热潮。经过近三十年的研究，科研人员不断开发出多孔纳米电极碳新的应用领域，特别是其作为电化学储能的核心电极材料，以及在电容、去离子水净化中的应用，表现出优异的不可取代的特性。然而，多孔纳米电极碳的工业化制备却始终未能实现突破。这主要归因于不同于实验室的少量实验，批量工业化制备过程中的孔结构受影响因素较多，导致最终产品比表面积较小、孔径不均等问题频发；另外制备多孔电极碳的三种主要原料中，间苯二酚价格高昂，导致产品成本过高，严重限值了批量生产和市场推广；甲醛溶液长期、过量的存储会导致甲醛溶质析出、污染空气等问题，影响产品质量和空气环境。近年来，电化学储能行业迅速崛起，多孔纳米电极碳作为一种优秀的电极材料，应用前景明朗，市场空间广阔，如何在工业化批量生产的过程中，保持高比表面积、孔径可控，并降低低生产成本，意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔电极碳材料、其制备方法及应用，本发明中的多孔电极碳材料比表面积高、孔道结构均一，且成本低，具有更好的安全性和环保性。

本发明提供一种多孔电极碳材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将固态多聚甲醛和碱试剂在水中溶解，得到甲醛溶液；

B)将间对甲酚、所述甲醛溶液混合后，加入SBA-15介孔分子筛和碱催化剂，在恒温下培养凝胶，得到湿凝胶；

C)将所述湿凝胶浸入聚醚溶液中，进行水置换，干燥后得到干凝胶；

D)将所述干凝胶在保护性气氛下碳化，得到多孔电极碳材料。

优选的，所述步骤A)中的碱试剂为氢氧化钠，所述步骤A)中溶解的温度为70～80℃。

优选的，所述甲醛溶液的质量浓度为37％。

优选的，所述间对甲酚与固态多聚甲醛的摩尔比为1：(1～3)；

所述SBA-15介孔分子筛与间对甲酚的摩尔比为1：(50～100)。

优选的，所述碱催化剂为氢氧化钠，所述碱催化剂与间对甲酚的摩尔比为1：(100～300)。

优选的，所述聚醚溶液包括烯丙醇聚氧烷基醚，所述聚醚溶液的质量浓度为0.5～2％；

所述聚醚溶液与湿凝胶的质量比为(1～5)：1。

优选的，所述水置换的温度为10～30℃，所述水置换的时间为5～10小时。

优选的，所述碳化的温度为600～1100℃，所述碳化的保温时间为100～150min。